武汉科技大学冶金概论PPT
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碱度(R)：炉渣中CaO与SiO2的质量百分数之比。 这是二元碱度，还有三元碱度等
R2 w ( CaO ) w ( SiO 2 )
R3
w ( CaO ) w ( MgO ) w ( SiO 2 )
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1.5.2 钢铁工业能耗
我国钢铁工业的能源消耗中，钢铁冶 炼是耗能最高的工序，占钢铁工业能 耗的60～70％。其主要耗于炼铁系统， 焦化、烧结、球团、炼铁等工序。
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2004年重点钢铁企业工序能耗比较(千克标准煤/t)
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7
7
提取冶金的分类
按所冶炼金属类型分： (Nonferrous metallurgy) 有色冶金 (Ferrous metallurgy) 钢铁冶金（黑色冶金 ) 按冶金工艺过程不同分：
火法冶金 湿法冶金 电冶金
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34
1.5.3 节能途径
改进生产工艺及操作，更新和改造耗能高的 设备。 降低能源损失（“废料”、煤气、热能、压 力能），减少生产工序。 回收利用散失热量。 加强企业能源管理，加强能源利用技术的研 究工作，提高操作技术水平，充分发挥现有 设备能力，以节能为目标合理组织生产。
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36
1.6.1耐火材料定义
耐火材料是耐火度不低于1580℃的无机 非金属材料。 ISO定义：耐火材料是耐火度至少为 1500 ℃的非金属材料或制品（但不排除 含有一定比例的金属）。 在高温炉（高炉、热风炉、转炉、各种加 热炉）中，炉膛是用耐火材料砌成的。 对耐火材料的要求是：有足够高的耐火度， 合理的形状，质地致密，高温下有一定强 度，无明显挥发现象以及不与炉内工作气 氛发生反应等。
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26
26
铁合金
铁合金是指铁与一种或几种元素组成的中间 合金，主要用于炼钢脱氧或作为合金添加剂， 当采用金属热还原法生产其它铁合金和有色 金属时作还原剂(详见第七章)。如：硅铁、 锰铁。
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27
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炉渣
炉渣是炉料在冶炼过程中不能进到生铁和 钢中的氧化物、硫化物等形成的熔融体。 其主要成分是CaO、MgO、SiO2、 Al2O3等。 根据冶炼方法的不同，钢铁生产产生的炉 渣分为高炉渣和炼钢渣，按炉渣中含有不 同的化学成分又可分为碱性渣和酸性渣。
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1.6 冶金用耐火材料
钢铁冶金的技术进步和过程温度的提高分不 开，耐火材料的发展与钢铁冶金的技术进步 紧密相关。 耐火材料产品绝大部分（60~80%）用于 冶金行业。 耐火材料在冶金中的应用有： 高温炉管 坩埚、容器 热电偶绝缘管 热电偶保护管 炉膛耐火材料 炉膛保温材料
短流程
钢铁冶炼的任务是把铁矿石冶炼成合格的钢。
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现代钢铁冶炼的两种基本流程
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钢材加工工艺流程
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钢铁生产的典型工艺（长流程）
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23
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钢铁工业的特点
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1.2 钢铁工业
1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 钢铁材料 钢(Steel)与生铁(Pig iron)的区别 钢铁冶炼技术发展简史 我国钢铁工业的发展
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1.2.1 钢铁材料
钢铁是使用最多的金属材料 原因：储量大；冶炼加工容易；综合性能好 预计未来几年钢铁产品在各行业中占的比例
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31
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1.5.1 钢铁生产用能源
钢铁工业是能源消耗的大户，约占全国总能 源消耗量的10～11％。 钢铁生产所用能源主要有煤炭、燃料油(重 油)、天然气、电力等。 煤占钢铁生产中燃料消耗的70%，钢铁工业 用煤量已超过煤炭总产量的15％。 煤在钢铁企业主要用来炼焦和自备电厂发电、 蒸汽机车烧煤、烧工业锅炉及部分窑炉，少 部分制成粉煤用于高炉喷吹及烧结生产。
中国粗钢占全球粗钢产量的比例 中国粗钢产量
粗钢产量/Mt a-1
.
年代
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1.3 钢铁冶炼
磁
铁
矿 赤 铁 矿
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线 材
板 材
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钢铁生产的两个典型流程
高炉炼铁 烧结/球团 — 高炉—转炉—连铸机—轧机
长流程
非高炉炼 铁 直接还原或熔融还原—电炉—连铸机—轧机
24
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1.4 钢铁产品及副产品
产品 生铁 钢 铁合金(Ferroalloy) 副产品 炉渣(Slag) 煤气(Gas)
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生铁
它是铁和碳及少量硅。锰、硫、磷等元素组 成的合金，主要由高炉生产，按其用途可分 为炼钢生铁和铸造生铁。
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1.2.2 钢与生铁的区别
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1.2.3 钢铁冶炼技术发展简史
远古至13世纪末：半熔融状态的铁块—海绵 铁(sponge iron)； 13世纪末至19世纪中叶：熔融状态的生铁 →粗钢，形成两步法炼钢； 19世纪中期至今 ： 1856年英国人发明了空气底吹酸性转炉炼钢 法； 1864年法国人发明了平炉炼钢法(OH)； 1874年发明了空气底吹碱性转炉炼钢法； 20世纪初发明了电弧炉炼钢(EAF)； 20世纪中叶氧气顶吹转炉（LD法）。
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5
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1.1.1 冶金学
冶金学是一门研究如何经济地从矿石或其它 原料中提取金属或金属化合物，并用一定加 工方法制成具有一定性能的金属材料的科学。 由于矿石性能不同，提取金属的原理、工艺 过程和设备不同，从而形成专门的冶金学 科—冶金学(Metallurgy)。 冶金学研究所涉及的内容：金属的制取，金 属的加工，金属性能的改进→对金属成分、 组织结构、性能和相关理论的研究。
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全球部分钢厂产量排名
排名 2006 1 2 3 4 5 6 9 16 17 18 24 25 26 27 28 2005 1 2 3 4 5 6 26 18 22 16 24 27 25 23 31 公司 米塔尔 安赛乐 新日铁 JFE 浦项 宝钢 唐钢 鞍钢 沙钢 武钢 济钢 马钢 莱钢 首钢 华菱 2006年 2005年 同比增长 (百万吨) (百万吨) 49.89 荷兰 63.66 27.6 卢森堡 54.32 46.65 16.4 12.4 日本 33.70 32.90 32.02 8.3 日本 29.57 韩国 31.20 31.42 -0.7 22.73 中国 22.53 -0.9 中国 19.06 16.08 18.5 26.1 中国 15.00 11.90 中国 14.63 12.02 21.7 13.05 5.5 中国 13.76 10.43 中国 11.24 7.8 中国 10.91 9.65 13.1 中国 10.79 10.34 4.4 中国 10.55 10.44 1.0 8.45 中国 9.91 17.2 国家
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冶金学的分类
冶金学按研究的领域分：提取冶金学（化学 冶金学）和物理冶金学(physical metallurgy)（材料的加工成型，通过控 制其组成、结构使已提取的金属具有某种性 能）。 提取冶金（extractive metallurgy）： 从矿石中提取金属及金属化合物的过程，因 其中进行很多化学反应，又称化学冶金 （chemical metallurgy）。
2
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第一章
绪论
主要内容
1.1 冶金基本概念 1.2 钢铁工业 1.3 钢铁冶炼 1.4 钢铁产品及副产品 1.5 钢铁工业能耗及能源 1.6 耐火材料 1.7 环境保护
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4
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1.1 冶金基本概念
1.1.1 冶金学 1.1.2 火法冶金(Pyrometallurgy)主要过程简介
冶金概论
An introduction to Metallurgy
武汉科技大学冶金工程系
课程教学目的
通过钢铁冶炼过程的基本原理、主要设备、 生产工艺等的学习，使从事与冶金行业有关 的非冶金专业学生对钢铁工业及钢铁联合企 业的生产过程有一个全面而概括的了解，并 初步掌握冶金的基本知识。
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8
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1.1.2 火法冶金主要过程简介
干燥：去水，温度为400~600℃。 焙烧：以改变原料组成为目的的、在低于矿石 熔点温度下、在特定气氛中进行的冶金过程。 煅烧：在空气中以去CO2和水为目的的冶金过 程。 烧结与球团：以获得特定矿物组成、结构及性 能的造块。 熔炼：还原氧化物，提取粗金属。 精炼：氧化杂质，获得纯金属。 铸造：液态金属凝固成固态。
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1.2.3 我国钢铁工业的发展
1996年，突破1亿吨； 1999年，产量世界第一； 2003年，突破2亿吨，世界唯一年产钢 超过2亿吨的国家； 2004年，产量2.8亿吨； 2005年，产量3.5亿吨； 2006年，产量4.2亿吨。
煤气
钢铁生产中还能获得大量的可燃气体， 高炉炼铁可产生高炉煤气，转炉炼钢 可获得转炉煤气，炼焦时可得焦炉煤 气等。 煤气主要成分：CO、H2、CO2、N2、
CH4
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1.5 钢铁工业能源及能耗
1.5.1 钢铁生产用能源 1.5.2 钢铁工业能耗 1.5.3 节能途径
中国年粗钢产量增长情况
500 450 400 350 36.4 36 489.00 33.79 32 418.78 30.9 28 25.8 22.9 300 250 200 150 100 50 20.1 272.80 17.85 15.66 14.77 13.41 15.40 202.31 12.2512.72 11.2 13.63 12.61 181.55 151.63 8.48 123.35 9.63 108.91 127.64 89.54 95.36 114.56 71.00 92.61 101.24 80.93 65.35 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 349.36 24 20 16 12 8 4 0 2008
指标 平均值 烧结 66.38 58.89 焦化 142.21 128.1 炼铁 466.20 437.93 转炉 26.57 -8.88 电炉 209.89 198.6
1999年国际 先进水平 差值
指标 烧结
7.49
球团 焦化
14.11
炼铁
28.27
转炉
35.45
电炉 轧钢
11.29
吨钢综 合能耗
761 565 1103 538
34
平均值 66.38 42.00 142.21 466.20 26.57 209.89 92.91 先进值 52.06 19.22 88.13 395.41 -3.77 146.31 53.68 落后值 差值 108.6 83.30 229.15 591.81 75.23 325.44 286.89 0 56.54 64.08 141.02 196.40 79.00 179.23 233.21
生产规模大，物流吞吐大，每吨钢涉及的物 流将是5-6吨。 资源密集、能耗密集。在钢铁联合企业内， 每吨钢降消耗0.7-0.8吨左右的标准煤、 1.5-1.65吨左右铁矿石、3-8吨左右新水； 制造流程工序多、结构复杂 制造流程中伴随大量物质/能量排放，形成 复杂的环境界面
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碱度(R)：炉渣中CaO与SiO2的质量百分数之比。 这是二元碱度，还有三元碱度等
R2 w ( CaO ) w ( SiO 2 )
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w ( CaO ) w ( MgO ) w ( SiO 2 )
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1.5.2 钢铁工业能耗
我国钢铁工业的能源消耗中，钢铁冶 炼是耗能最高的工序，占钢铁工业能 耗的60～70％。其主要耗于炼铁系统， 焦化、烧结、球团、炼铁等工序。
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2004年重点钢铁企业工序能耗比较(千克标准煤/t)
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提取冶金的分类
按所冶炼金属类型分： (Nonferrous metallurgy) 有色冶金 (Ferrous metallurgy) 钢铁冶金（黑色冶金 ) 按冶金工艺过程不同分：
火法冶金 湿法冶金 电冶金
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1.5.3 节能途径
改进生产工艺及操作，更新和改造耗能高的 设备。 降低能源损失（“废料”、煤气、热能、压 力能），减少生产工序。 回收利用散失热量。 加强企业能源管理，加强能源利用技术的研 究工作，提高操作技术水平，充分发挥现有 设备能力，以节能为目标合理组织生产。
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1.6.1耐火材料定义
耐火材料是耐火度不低于1580℃的无机 非金属材料。 ISO定义：耐火材料是耐火度至少为 1500 ℃的非金属材料或制品（但不排除 含有一定比例的金属）。 在高温炉（高炉、热风炉、转炉、各种加 热炉）中，炉膛是用耐火材料砌成的。 对耐火材料的要求是：有足够高的耐火度， 合理的形状，质地致密，高温下有一定强 度，无明显挥发现象以及不与炉内工作气 氛发生反应等。
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铁合金
铁合金是指铁与一种或几种元素组成的中间 合金，主要用于炼钢脱氧或作为合金添加剂， 当采用金属热还原法生产其它铁合金和有色 金属时作还原剂(详见第七章)。如：硅铁、 锰铁。
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炉渣
炉渣是炉料在冶炼过程中不能进到生铁和 钢中的氧化物、硫化物等形成的熔融体。 其主要成分是CaO、MgO、SiO2、 Al2O3等。 根据冶炼方法的不同，钢铁生产产生的炉 渣分为高炉渣和炼钢渣，按炉渣中含有不 同的化学成分又可分为碱性渣和酸性渣。
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1.6 冶金用耐火材料
钢铁冶金的技术进步和过程温度的提高分不 开，耐火材料的发展与钢铁冶金的技术进步 紧密相关。 耐火材料产品绝大部分（60~80%）用于 冶金行业。 耐火材料在冶金中的应用有： 高温炉管 坩埚、容器 热电偶绝缘管 热电偶保护管 炉膛耐火材料 炉膛保温材料
短流程
钢铁冶炼的任务是把铁矿石冶炼成合格的钢。
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现代钢铁冶炼的两种基本流程
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钢材加工工艺流程
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钢铁生产的典型工艺（长流程）
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钢铁工业的特点
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1.2 钢铁工业
1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 钢铁材料 钢(Steel)与生铁(Pig iron)的区别 钢铁冶炼技术发展简史 我国钢铁工业的发展
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1.2.1 钢铁材料
钢铁是使用最多的金属材料 原因：储量大；冶炼加工容易；综合性能好 预计未来几年钢铁产品在各行业中占的比例
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1.5.1 钢铁生产用能源
钢铁工业是能源消耗的大户，约占全国总能 源消耗量的10～11％。 钢铁生产所用能源主要有煤炭、燃料油(重 油)、天然气、电力等。 煤占钢铁生产中燃料消耗的70%，钢铁工业 用煤量已超过煤炭总产量的15％。 煤在钢铁企业主要用来炼焦和自备电厂发电、 蒸汽机车烧煤、烧工业锅炉及部分窑炉，少 部分制成粉煤用于高炉喷吹及烧结生产。
中国粗钢占全球粗钢产量的比例 中国粗钢产量
粗钢产量/Mt a-1
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年代
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1.3 钢铁冶炼
磁
铁
矿 赤 铁 矿
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线 材
板 材
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钢铁生产的两个典型流程
高炉炼铁 烧结/球团 — 高炉—转炉—连铸机—轧机
长流程
非高炉炼 铁 直接还原或熔融还原—电炉—连铸机—轧机
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1.4 钢铁产品及副产品
产品 生铁 钢 铁合金(Ferroalloy) 副产品 炉渣(Slag) 煤气(Gas)
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生铁
它是铁和碳及少量硅。锰、硫、磷等元素组 成的合金，主要由高炉生产，按其用途可分 为炼钢生铁和铸造生铁。
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1.2.2 钢与生铁的区别
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1.2.3 钢铁冶炼技术发展简史
远古至13世纪末：半熔融状态的铁块—海绵 铁(sponge iron)； 13世纪末至19世纪中叶：熔融状态的生铁 →粗钢，形成两步法炼钢； 19世纪中期至今 ： 1856年英国人发明了空气底吹酸性转炉炼钢 法； 1864年法国人发明了平炉炼钢法(OH)； 1874年发明了空气底吹碱性转炉炼钢法； 20世纪初发明了电弧炉炼钢(EAF)； 20世纪中叶氧气顶吹转炉（LD法）。
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1.1.1 冶金学
冶金学是一门研究如何经济地从矿石或其它 原料中提取金属或金属化合物，并用一定加 工方法制成具有一定性能的金属材料的科学。 由于矿石性能不同，提取金属的原理、工艺 过程和设备不同，从而形成专门的冶金学 科—冶金学(Metallurgy)。 冶金学研究所涉及的内容：金属的制取，金 属的加工，金属性能的改进→对金属成分、 组织结构、性能和相关理论的研究。
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全球部分钢厂产量排名
排名 2006 1 2 3 4 5 6 9 16 17 18 24 25 26 27 28 2005 1 2 3 4 5 6 26 18 22 16 24 27 25 23 31 公司 米塔尔 安赛乐 新日铁 JFE 浦项 宝钢 唐钢 鞍钢 沙钢 武钢 济钢 马钢 莱钢 首钢 华菱 2006年 2005年 同比增长 (百万吨) (百万吨) 49.89 荷兰 63.66 27.6 卢森堡 54.32 46.65 16.4 12.4 日本 33.70 32.90 32.02 8.3 日本 29.57 韩国 31.20 31.42 -0.7 22.73 中国 22.53 -0.9 中国 19.06 16.08 18.5 26.1 中国 15.00 11.90 中国 14.63 12.02 21.7 13.05 5.5 中国 13.76 10.43 中国 11.24 7.8 中国 10.91 9.65 13.1 中国 10.79 10.34 4.4 中国 10.55 10.44 1.0 8.45 中国 9.91 17.2 国家
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冶金学的分类
冶金学按研究的领域分：提取冶金学（化学 冶金学）和物理冶金学(physical metallurgy)（材料的加工成型，通过控 制其组成、结构使已提取的金属具有某种性 能）。 提取冶金（extractive metallurgy）： 从矿石中提取金属及金属化合物的过程，因 其中进行很多化学反应，又称化学冶金 （chemical metallurgy）。
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第一章
绪论
主要内容
1.1 冶金基本概念 1.2 钢铁工业 1.3 钢铁冶炼 1.4 钢铁产品及副产品 1.5 钢铁工业能耗及能源 1.6 耐火材料 1.7 环境保护
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1.1 冶金基本概念
1.1.1 冶金学 1.1.2 火法冶金(Pyrometallurgy)主要过程简介
冶金概论
An introduction to Metallurgy
武汉科技大学冶金工程系
课程教学目的
通过钢铁冶炼过程的基本原理、主要设备、 生产工艺等的学习，使从事与冶金行业有关 的非冶金专业学生对钢铁工业及钢铁联合企 业的生产过程有一个全面而概括的了解，并 初步掌握冶金的基本知识。
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1.1.2 火法冶金主要过程简介
干燥：去水，温度为400~600℃。 焙烧：以改变原料组成为目的的、在低于矿石 熔点温度下、在特定气氛中进行的冶金过程。 煅烧：在空气中以去CO2和水为目的的冶金过 程。 烧结与球团：以获得特定矿物组成、结构及性 能的造块。 熔炼：还原氧化物，提取粗金属。 精炼：氧化杂质，获得纯金属。 铸造：液态金属凝固成固态。
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1.2.3 我国钢铁工业的发展
1996年，突破1亿吨； 1999年，产量世界第一； 2003年，突破2亿吨，世界唯一年产钢 超过2亿吨的国家； 2004年，产量2.8亿吨； 2005年，产量3.5亿吨； 2006年，产量4.2亿吨。
煤气
钢铁生产中还能获得大量的可燃气体， 高炉炼铁可产生高炉煤气，转炉炼钢 可获得转炉煤气，炼焦时可得焦炉煤 气等。 煤气主要成分：CO、H2、CO2、N2、
CH4
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1.5 钢铁工业能源及能耗
1.5.1 钢铁生产用能源 1.5.2 钢铁工业能耗 1.5.3 节能途径
中国年粗钢产量增长情况
500 450 400 350 36.4 36 489.00 33.79 32 418.78 30.9 28 25.8 22.9 300 250 200 150 100 50 20.1 272.80 17.85 15.66 14.77 13.41 15.40 202.31 12.2512.72 11.2 13.63 12.61 181.55 151.63 8.48 123.35 9.63 108.91 127.64 89.54 95.36 114.56 71.00 92.61 101.24 80.93 65.35 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 349.36 24 20 16 12 8 4 0 2008
指标 平均值 烧结 66.38 58.89 焦化 142.21 128.1 炼铁 466.20 437.93 转炉 26.57 -8.88 电炉 209.89 198.6
1999年国际 先进水平 差值
指标 烧结
7.49
球团 焦化
14.11
炼铁
28.27
转炉
35.45
电炉 轧钢
11.29
吨钢综 合能耗
761 565 1103 538
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平均值 66.38 42.00 142.21 466.20 26.57 209.89 92.91 先进值 52.06 19.22 88.13 395.41 -3.77 146.31 53.68 落后值 差值 108.6 83.30 229.15 591.81 75.23 325.44 286.89 0 56.54 64.08 141.02 196.40 79.00 179.23 233.21
生产规模大，物流吞吐大，每吨钢涉及的物 流将是5-6吨。 资源密集、能耗密集。在钢铁联合企业内， 每吨钢降消耗0.7-0.8吨左右的标准煤、 1.5-1.65吨左右铁矿石、3-8吨左右新水； 制造流程工序多、结构复杂 制造流程中伴随大量物质/能量排放，形成 复杂的环境界面
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